DE3538450C2

DE3538450C2 -

Info

Publication number: DE3538450C2
Application number: DE3538450A
Authority: DE
Inventors: Mego Kazuyoshi; Shigetoshi Hiratsuka; Eiichi Yokohama Kanagawa Jp Hara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1990-08-23
Also published as: US4636813A; KR890001279B1; JPS61104868A; DE3538450A1; KR860003113A

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermo-Druckerkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Thermo- Druckerkopf ist aus der JP-OS 53-1 35 342 bekannt.

Thermische Druckersysteme finden eine weite Anwendung bei Faksimilegeräten und Druckern. Bei thermischen Druckern wird Joulsche Wärme einem Druckmedium, das wärmeempfind liches Papier und ein durch ein Tintenblatt verbundenes Papier (Durchschreibpapier) sein kann, mittels Heizele menten (Heizwiderständen) zugeführt, um dadurch eine direkte Farbentwicklung oder Verschmelzung zur Herstel lung von Durchschreibdrucken zu bewirken.

Ein thermischer Druckerkopf enthält normalerweise mehrere Heizelemente, die auf einem Keramiksubstrat aneinanderge reiht aufgebracht sind und jeweils durch elektrischen Strom entsprechend einem Bildsignal aufgeheizt werden.

Der Aufbau eines solchen thermischen Druckerkopfes ist aus der JP-OS 58 31 778 bekannt.

Der in Fig. 2 der genannten JP-OS gezeigte thermische Druckerkopf enthält für die Heizwiderstände integrierte Treiberschaltungen (driver IC′s), die im sogenannten face up-Aufbau (Zuführung mit Vorderseite oben) auf einem Kera miksubstrat aufgebaut sind, so daß die Vorderseite mit den Zuführungen nach oben kommt und die Zuführungsanschlüsse, die auf den Leitungsdrähten von den Heizwiderständen vor gesehen sind, mit den Verbindungsanschlüssen der inte grierten Treiberschaltungen mittels Gold- oder Aluminium drähten verbunden sind.

In den letzten Jahren wurde eine immer feinere Auflösung der gedruckten Bilder von 8 Linien pro mm oder mehr erfor derlich und deshalb eine Miniaturisierung des Druckerkop fes selbst. Der Verdichtung des Aufbaus der den Drucker bildenden elektrischen Elemente sind jedoch bei dem oben genannten herkömmlichen Aufbau Grenzen gesetzt. Zur Durch führung des Drahtbondings muß nämlich wegen der Art dieser Bearbeitung der Abstand zwischen den Verbindungsanschlüs sen mindestens etwa 1 mm betragen. Dieser Wert kann beim Drahtbonding nicht verringert werden. Außerdem erhöht sich, wenn der Querschnitt der Leitungsdrähte von den Heizwiderständen immer kleiner wird, der elektrische Wi derstand, und die Widerstandsstreuungen aufgrund der un terschiedlichen Drahtlängen können nicht mehr vernach lässigt werden. Außerdem ist damit ein Absinken der Pro duktivität wegen unvermeidlicher Musterdefekte beim Her stellungsverfahren verbunden.

Die JP-OS 53-1 35 342 beschreibt einen Thermodruckerkopf mit einem Substrat, auf dem Heizwiderstände, eine Trei berstufe sowie elektrische Leiter zum Verbinden der Heiz widerstände mit der Treiberstufe angeordnet sind. Die Ver drahtung der Treiberstufe mit den Heizelementen, die Dio den aufweisen, gestaltet sich hier sehr voluminös, was der Unterbringung möglichst vieler Druckersegmente auf klein stem Raum entgegenläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen miniaturi sierten thermischen Druckerkopf zu schaffen, mit dem sich gedruckte Bilder hoher Auflösung herstellen lassen. Dabei sollen die von den Streuungen der elektrischen Widerstände der Drähte herrührende Streuungen der Kennwerte der Heiz widerstände und deren Treiberschaltungen vermieden werden und die Herstellungsausbeute erhöht werden.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist im Unteranspruch bean sprucht.

Die erfindungsgemäße Führung und Ausgestaltung der Leitun gen ermöglicht gleichzeitig einen kompakten Aufbau durch die Zuführung an die Treiberstufe an deren Unterseite und eine erhöhte Streuung der Heizwiderstandskennwerte durch die Beibehaltung ausreichender Abstände zwischen den Lei tungen sowie dem Vorsehen ausreichender Leiteroberflächen an den Verbindungsanschlüssen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Draufsicht den erfindungsgemäßen thermischen Druckerkopf; und

Fig. 2 einen Schaltplan der Heizelemente der Treiberstufe.

Fig. 1 zeigt den thermischen Druckerkopf gemäß der vorlie genden Erfindung in Draufsicht. Bei dieser Ansicht sind mit Ausnahme der Heizwiderstände, der Leitungsdrähte von den Heizwiderständen und der Treiber-IC-Einbauteile ver schiedene tatsächlich vorhandene Drähte weggelassen.

Auf einem Substrat 1 sind elektrische Elemente und Drähte, wie Heizwiderstände 2 und Leitungsdrähte 3 aufgebracht. Das Substrat 1 besteht gewöhnlich aus Keramik, und hat eine Dicke in der Größenordnung von 1-1,5 mm.

Eine große Anzahl Heizwiderstände 2, die in einer Zeile angeordnet sind, erstrecken sich über die volle Breite eines Thermodruckpapiers, das am thermischen Druckerkopf vorbeistreicht. Beispielsweise sind, wenn ein B4-Druckpa pier mit einer Papierbreite von 256 mm mit einer Dichte von 8 Linien pro mm bedruckt wird, 2048 Heizwiderstände in Intervallen von 125µm nötig. Da in der Figur nicht die gesamte Anordnung gezeigt werden kann, sind lediglich 64 Heizwiderstände gezeigt. Die Heizwiderstände 2 können aus einem bekannten Werkstoff des Cr-Si-Systems bestehen und sie werden mittels Fotolithographieverfahren auf ein Ke ramiksubstrat aufgebracht.

Die Leitungsdrähte 3 sind von den jeweiligen Heizwider ständen 2 in denselben Intervallen weggeführt. Die Lei tungsdrähte 3 bestehen aus Aluminium und sind ebenfalls mit einem fotolithographischen Verfahren in derselben Weise wie die Heizwiderstände 2 auf das Substrat 1 aufge bracht. Die Leitungsdrähte 3 können auch z.B. aus Gold be stehen.

Die Heizwiderstände 2 werden von einer in Fig. 2 darge stellten Treiberstufe betrieben. Mit jedem der Heizwider stände 2 sind Schalttransistoren 7 verbunden, die übli cherweise mit anderen nicht dargestellten Treiberstufen als integrierte Schaltung, als Heizwiderstands-Treiber-IC ausgeführt sind. Falls dieses Treiber-IC 32 Schalttransi storen 7 aufweist, hat es eine Breite von etwa 1,8 mm. Da jeder Schalttransistor 7 zu einem der Heizwiderstände 2 gehört, sind insgesamt 64 Treiber-ICs, die jeweils 32 Schalttransistoren enthalten, zum Treiben von 2048 Heiz widerständen für ein Druckpapier im B4-Format nötig. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Treiber-ICs 4 und deren Verbindungen durch Leitungsdrähte 3 mit den Heiz widerständen 2 folgendermaßen aufgebaut.

Ein Treiber-IC 4 liegt auf dem Keramiksubstrat 1 parallel zu den Heizwiderständen 2, wie Fig. 1 zeigt. Die Leitungs drähte 3 verringern sich in ihrem Querschnitt, sobald sie sich dem Treiber-IC 4 nähern, damit sie innerhalb der Breite des Treiber-ICs liegen. Die Leitungsdrähte 3 sind nämlich in 125µm-Intervallen von den Heizwiderständen 2 weggeführt und werden, sobald sie sich dem Treiber-IC nä hern, verdünnt und in 55µm-Intervallen angeordnet, so daß alle Leitungsdrähte 3 unter die integrierte Treiberschal tung 4 zu liegen kommen. Die sich in dieser Weise verjün genden Leitungsdrähte 3 gehen unter dem Treiber-IC radial in Richtung der Verbindungsanschlüsse, die um die inte grierte Treiberschaltung 4 angeordnet sind. Bei dieser Auffächerung werden die Leitungsdrähte 3 an ihren zu den Anschlüssen des ICs führenden Enden wieder breiter. Da durch kann die Streuung des elektrischen Widerstands der Leitungsdrähte klein bleiben, wodurch der Spannungsabfall gleich bleibt. Dadurch wiederum kann die Streuung der Be triebskennwerte jedes Heizwiderstands vermieden werden. Zusätzlich wird durch die Verbreiterung ein Leitungsbruch unwahrscheinlicher.

Die Enden der Leitungsdrähte 3 oder der mit den Anschlüs sen des ICs 4 verbundene Abschnitt ist mit einem Postament versehen, um damit die Anschlüsse des Treiber-ICs durch das unten beschriebene Controlled Collapse Bonding (CCB)- Verfahren zu verbinden. Das Postament kann beispielsweise durch dünne Cr-Cu und Au-Filme gebildet sein. Die inte grierte Treiberstufe 4 wird mit der Vorderseite nach unten aufgebracht. Dies bedeutet, daß die die Anschlüsse aufwei sende Vorderseite dem Substrat gegenüberliegt. Die Trei berstufe wird so ausgerichtet, daß die Verbindungsan schlüsse über die obengenannten Postamente zu liegen kom men. Dann müssen sie nur noch in einem Ofen mit N₂-Gas angelötet werden. Damit ist das Controlled Collapse Bon ding-Verfahren fertig ausgeführt.

Claims

1. Thermo-Druckerkopf mit einem Substrat, auf dem Substrat aufgebrachten Heiz widerständen, einer auf dem Substrat aufgebrachten Treiberstufe, die die Heizwiderstände treibt und elek trischen Leitern, die die Heizwiderstände mit der Trei berstufe verbinden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leitungen (3) so angeordnet sind, daß sie in der Nähe der Treiberstufe (4) innerhalb deren Breite liegen und in den Raum unter der Treiberstufe (4) reichen,
daß die Leitungen (3) dort, wo sie sich der Treiberstu fe (4) nähern, eine verringerte Breite haben und die Packungsdichte zunimmt, so daß die Leitungen innerhalb der Breite der Treiberstufe (4) zu liegen kommen und
daß die Leitungen (3) im Raum unter der Treiberstufe (4) eine sich mit zunehmender Annäherung an die Verbin dungsanschlüsse der Treiberstufe (4) vergrößernde Brei te haben, und
daß die Treiberstufe (4) mit der Vorderseite nach unten mit den Leitungen (3) verbunden wird.

2. Thermo-Druckerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (4) durch ein Controlled Collapse Bonding-Verfahren mit den Leitungen (3) verbunden wird.